《新型基因编辑技术》、《植入前胚胎遗传学诊断新方法》亮相“十三五”科技展

　　

　　近日，国家“十三五”科技创新成就展在北京展览馆举行。中心魏文胜团队研究成果《新型基因编辑技术》及谢晓亮、乔杰、汤富酬团队与亿康基因科技有限公司合作研究成果《植入前胚胎遗传学诊断新方法》亮相该展览。

　　新型基因编辑技术（魏文胜团队）

　　LEAPER (Leveraging Endogenous ADAR for Programmable Editing on RNA)是一类具有我国自主知识产权的新型基因编辑技术，该技术可利用人体自身存在的机制进行RNA的单碱基编辑，避免了任何由于表达外源效应蛋白而引起的潜在问题。LEAPER技术具有高精度、易于递送、长时效、高安全性等多种优点，并在包括遗传性疾病治疗方面展现出了可观的优势及潜能，成功为生命科学基础研究和疾病治疗提供了一种全新的工具。

　　

　　LEAPER技术原理

　　近年来，以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术在生物医学等诸多领域产生了深远的影响，但存在的一系列问题使该技术在临床治疗应用中遭遇瓶颈。根源之一在于当前的基因编辑体系依赖于外源编辑酶或效应蛋白的表达，从而造成 (1) 蛋白分子量过大使得通过病毒载体进行装载及人体内递送十分困难；(2) 由蛋白过表达引起的DNA/RNA水平的脱靶效应；(3) 由外源蛋白表达引起的机体免疫反应及损伤；(4) 机体内的预存抗体使外源编辑酶或效应蛋白被中和从而导致基因编辑失败等。

　　为解决上述问题，摆脱传统技术依赖于外源蛋白表达的桎梏，2019年魏文胜团队建立了具有我国自主知识产权的名为LEAPER的新型基因编辑技术。与RNAi类似，LEAPER充分利用了细胞中天然存在的机制：仅用一条RNA 就实现了精确高效的RNA单碱基编辑，从而避免了任何由于表达外源效应蛋白而引起的各种潜在问题。研究人员利用LEAPER成功修复了来源于Hurler综合征病人的缺陷细胞，为未来相关疾病的治疗奠定基础。此外，LEAPER还有希望衍生出多种延展型技术，为生物医学等研究提供新型工具。

　　植入前胚胎遗传学诊断新方法（谢晓亮、乔杰、汤富酬团队）

　　作为植入前胚胎遗传学诊断的新方法，MARSALA（mutated allele revealed by sequencing with aneuploidy and linkage analyses）技术的关键创新点是，在单细胞水平上通过一步高通量测序即可检测致病基因突变位点和全基因组范围的异常染色体，同时完成高精度连锁分析，全面提高诊断的覆盖面和精准性，预防单基因遗传病，避免患儿出生。截至目前，该技术已成功造福上千个家庭。

　　植入前胚胎遗传学诊断(Preimplantation Genetic Diagnosis, PGD)是一种在胚胎着床前就进行遗传诊断的技术。但PGD面临的最大挑战是每个胚胎能用于医学检测的细胞数量极少：通常只有1至5个细胞，以至无法对其直接进行后续的遗传分析。如何对这极少量的细胞遗传物质进行数十万倍的扩增，是遗传分析必须首先解决的问题。扩增过程中出现的任何问题，如有些碱基未被扩增出来或者扩增失误等，均会导致诊断错误。

　　产前诊断或胚胎植入前遗传诊断要求准确性要高，假阳性率和假阴性率要低，操作步骤简单，尽量减少人为操作误差。同时，为惠及更多人群，诊断成本要尽可能降低。临床上常用的三种诊断方法在准确性、可操作性、诊断成本等方面均有其局限性。其中“原位荧光杂交方法”只能针对少数几种染色体疾病，而且受到探针来源及荧光显微镜的限制；“PCR方法”只能针对单基因疾病或染色体数量的改变；“高通量芯片技术”，可进行全基因组范围的染色体检测，分辨率也显著提高，应用在临床上的Karyomapping技术，能够同时检测单基因疾病及染色体异常，但无法直接对突变位点进行分析，只能间接推断。

　　

　　MARSALA方法示意图

　　谢晓亮、乔杰、汤富酬研究团队与亿康基因科技有限公司合作开展了植入前胚胎遗传学诊断新方法研究，建立了MARSALA技术(mutated allele revealed by sequencing with aneuploidy and linkage analyses，高通量测序同时检测突变位点、染色体异常以及连锁分析)。

　　与目前常用方法相比，MARSALA技术具有以下六大突出优势： 一是精度高、分析全面。MARSALA不仅能精确诊断单基因遗传病，还能同时精准筛查染色体异常；其次，因致病突变位点序列信息可被读取至少数千次，所以结果比传统的诊断方法更加直观、可靠； 二是能够进行多重校验，大大提高诊断的精确度和可靠性。在深度解析突变位点序列信息的同时，完成高精度遗传连锁分析，提供多个SNP（Single Nucleotide Polymorphisms，单核苷酸多态性）连锁位点信息，对致病等位基因进行多重检测和反复校验，全方位降低因突变位点扩增和测序错误以及样品交叉污染等带来的问题； 三是成本大大降低。利用MARSALA进行胚胎诊断，在基因组两倍覆盖度的测序深度下（2X）就能满足所有分析需求； 四是操作方便。一步高通量测序就能得到基因突变、染色体异常以及突变位点连锁信息三个方面的精准诊断结果； 五是对各种遗传病患者家系的兼容性高。即使未生育有遗传疾病的后代，只要有试管婴儿夫妇的标本，即可进行胚胎的精确诊断； 六是适用范围广。只要预知致病基因，无论是单个基因位点的替换、缺失、插入，还是多个基因位点的复合突变，甚至是基因大片段缺失、三核苷酸重复等等，任何类型的基因突变均可采用MARSALA方法进行诊断。也就是说目前突变基因导致的已知的单基因遗传疾病都可采用MARSALA方法进行高精度的植入前遗传诊断。

　　本次展览以“创新驱动发展迈向科技强国”为主题，全面展示我国“十三五”以来贯彻落实党中央关于科技工作重大决策部署，深入实施创新驱动发展战略、建设创新型国家所取得的重大成就，彰显科技创新在我国经济社会发展中的重要支撑引领作用。现场共分12个展区，包括百年回望、基础研究、高新技术、重大专项、农业科技、社会发展、区域创新、开放合作、科普等展区。

　　参考文献

　　Yan, Liying; Huang, Lei; Xu, Liya; Huang, Jin; Ma, Fei; Zhu, Xiaohui; Tang, Yaqiong; Liu, Mingshan; Lian, Ying; Liu, Ping; Li, Rong; Lu, Sijia; Tang, Fuchou; Qiao, Jie; Xie, X. Sunney "Live births after simultaneous avoidance of monogenic diseases and chromosome abnormality by next-generation sequencing with linkage analyses," Proc Natl Acad Sci USA 112(52), 15964-15969 DOI: 10.1073/pnas.1523297113 (2015)

　　Qu, L., Yi, Z., Zhu, S. et al. Programmable RNA editing by recruiting endogenous ADAR using engineered RNAs. Nat Biotechnol 37, 1059–1069 (2019). https://doi.org/10.1038/s41587-019-0178-z

　　相关阅读

　　“十三五”科技展上的北大突破